한국전자통신연구원
글: 강태규 LED 통신연구팀장/한국전자통신연구원
tgkang@etri.re.kr / www.etri.re.kr
LED 오디오 무선통신 기술 성공
ETRI(한국전자통신연구원)는 조명용으로만 사용되고 있는 LED(Light Emitting Diode)의 빛을 이용하여 조명뿐만 아니라 오디오 무선 통신도 동시에 할 수 있는 'LED 오디오 무선통신 기술' 개발에 성공했다고 밝혔다. 'LED 오디오 무선통신 기술'은 LED 조명에 오디오를 연결하면, LED 조명 빛을 매체로 하여 빛이 도달한 수신 단말에 LED 조명에 입력된 오디오가 무선으로 전달되어 스피커로 출력되는 기술이다.
'LED 오디오 무선통신 기술'의 장점은 LED 조명 광원과 무선통신 광원을 하나로 융합함으로써, 개별적으로 사용할 때에 비하여 탄소 발생량을 감소시킬 수 있다. LED 조명 융합기술이기 때문에 LED 조명과 통신을 각각 제작하는 비용보다 제조 원가가 보다 작게 소요되어 가격 경쟁력을 가질 수 있다. 또한, 직진성이 강한 빛의 특성에 따라 선택적 오디오 통신이 가능하다는 것이다.
ETRI는 이번 성과로 LED 조명이 무선통신도 가능하다는 사실을 입증하였으며, 각종 LED 응용 분야에 통신기술을 융합하여 새로운 서비스를 개척할 수 있는 기반 기술을 확보하게 되었다는 점에 큰 의의를 두고 있다.
그동안 LED는 LOS(Line of Sight)의 단점과 통신 성능이 좋지 않다는 문제 및 조명 통신 융합이 불가능할 것이라는 점에 의해 기술 개발을 미루어 왔었다. 하지만, ETRI LED 통신연구개발팀은 LOS 단점을 필요한 곳에서만 통신이 가능하다는 장점으로 바꾸는 발상의 전환을 하였으며, 고속의 통신 속도보다는 다양한 LED 조명에 정보를 실어 보내자는 개념으로 변경함으로써 조명과 통신이 동시에 가능하다는 사실을 보여주었다. 또한 ETRI, 삼성전자 등 한국이 주도하고 유럽, 일본, 미국 등이 참여하고 있는 IEEE 802.15.7 VLC 국제 표준 규격 개발에 이번 기술이 포함할 수 있을 것으로 평가된다.
강태규 ETRI LED통신연구팀장은 "LED 오디오 무선통신 기술은 LED 조명의 보급이 확산되고 응용 영역이 다양해짐에 따라 LED 조명의 부가가치를 높이고 LED 융합 기술에 의한 자동차, 일반 조명, LED TV, 교통신호등, 전광판 광고 등과 연계한 신규 산업 창출이 가능하다"라며 "본 기술은 시각장애인용 음성 지원 교통신호 등 선별적으로 통신하여 물리적 보안성을 가지는 플래시 통신, 빛색상별로 음색을 달리하는 장난감 등에 응용할 수 있다"고 말했다. 한편, ETRI는 이번에 개발 성공한 LED 오디오 무선통신 기술을 산업화하기 위하여 기술이전 받을 기업체를 모집하고 있다.
LED 오디오 무선 통신 기술에 대하여 좀 더 자세히 알아본다.
LED 오디오 무선통신 기술의 원리
LED 오디오 무선통신 기술의 원리
'LED 오디오 무선통신 기술'의 기본 원리는 LED는 고속의 깜박임(On-Off Switching)의 특징을 이용하여 빛에 오디오를 전송하도록 하고, 사람의 눈은 초당 약 100번 이상 깜박이면 깜박임을 인지하지 못하고 조명으로만 인식하게 되는 원리이다. 사람은 깜박임을 인지하지 못하지만, 수신단말은 이러한 깜박임을 인지할 수 있다.
가시광 무선통신의 정의
빛의 통신인 가시광 무선통신은 LOS(Line of Sight)의 성질을 갖는다. LOS는 송신과 수신간의 직선상으로 전달하는 것을 말한다. 송수신간의 직선상에 장애물이 있으면 빛이 전달되지 않는 성질을 갖고 있다. 빛의 통신은 눈으로 볼 수 있는 가시광을 이용하여 통신하는 개념에서 가시광 무선통신(VLC: Visible Light Communications)이라 한다. LED의 조명 빛을 가시광으로 사용하기 때문에 LED 통신이라고도 한다.
LED의 특징
LED(Light Emitting Diode)는 전기를 가했을 때 빛을 발하는 반도체이다. LED의 와트당 루멘의 효율이 향상되면서 녹색성장의 대표 기술 중의 하나로 선정되었다. 형광등과 백열등이 LED 조명으로 교체되고 있으며, LED 신호등, 자동차 브레이크 등, 전광판, 경관 조명, 어선의 집어등, 등대등 등 다양하게 사용되고 있으며, 사용 영역이 급격히 확대되고 있다. LED는 백열등에 비해 우수한 에너지 효율에 의한 이산화탄소 배출 저감 효과와 기존 형광등에서 검출되는 수은을 사용하지 않아 친환경적인 조명이다.
LED는 전기를 빛으로 바꾸는 성질을 이용하여 조명으로 활용한다. LED의 전기에서 빛으로 바꾸는 속도가 약 250 나노미터에 달하는데, 이렇게 빠른 스위칭(On-Off)을 이용하여 통신할 수 있다. 사람은 초당 100회 이상 깜박이면, 깜박임을 인식하지 못하고 계속 켜진 것으로 인식한다. 통신에 의한 깜박임이 있지만, 인간은 계속 켜진 것으로 인식하기 때문에 조명의 기능도 유지된다. 수신단말은 LED와 반대로 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 기능을 갖고 있다.
응용 가능 서비스
플래시 통신
야간 LED 플래시로 빛을 비추는 곳에 음성 정보를 무선으로 전달할 수 있다. 빛을 비추는 곳은 음성 정보 통신이 가능하고, 빛을 비추지 않는 곳은 음성 정보 통신이 되지 않는다. 이는 원하는 곳에 원하는 정보만을 전달할 수 있음을 의미한다. 음성 방송은 모든 사람에게 들리기 때문에 원하는 정보 또는 원하지 않는 정보 모두 들리게 된다. 즉, 플래시 통신은 선별적 통신이 가능하다.
빛 색상 별로 음색을 달리하는 장난감
빨강, 녹색, 파랑 색상에 따른 다른 음색을 나오게 하여 장난감 등에 활용할 수 있다. LED는 다양한 색을 연출할 수 있다. LED 오디오 통신도 다양한 색에 의해 상호 다른 음색을 실어 보낼 수 있다. 이러한 기능을 이용하면, 여러 가지 아이디어에 의한 새로운 장난감을 만들 수 있다.
국내 표준 기술 현황
국내 표준 동향
가시광 무선통신은 국내 TTA 가시광통신서비스실무반 및 국외 IEEE 802.15.7에서 표준 규격을 개발하고 있다. 가시광통신서비스 실무반(WG: 워킹그룹)은 TTA(한국통신기술협회) 멀티미디어응용 PG 산하에 2007년 5월 30일에 신설하였다. 가시광통신서비스 실무반은 2009년 현재까지 약 95건의 기고서를 발표하였고, 아래와 같은 5건의 표준 규격을 제정하였다.
1) 가시광 무선통신 송신 물리계층 기본 구조
2) 가시광 무선통신 수신 물리계층의 기본 구조
3) 가시광 무선통신 조명 LED 인터페이스 기본 구조
4) 가시광 무선통신 조명의 위치 정보 제공 기본구조
5) 가시광 무선통신 조명 식별체계 기본구조
가시광 무선통신 표준개발의 실효성 및 목표 설정을 명확하게 하기 위하여 응용 서비스 모델을 표준으로 제정하고, 서비스 모델 표준에 따른 무선 가시광 송신 기술과 수신 기술, 가시광 MAC 프로토콜 및 응용 서비스 표준 등을 제정한다.
국제 표준 동향
가시광 무선통신 표준의 모체인 IEEE 802.15는 WPAN (Wireless Personal Area Network)에 대한 PHY와 MAC에 대한 표준을 추진한다. IEEE 802.15.1 블루투스 표준 규격 배출하였다. 현재 IEEE 802.15.7의 가시광 무선통신 표준 규격을 개발하고 있다. IEEE 802.15 WPAN은 현재 BAN(Body Area Network), RFID(Radio Frequency IDentification), 테라헤르츠, 스마트그리드(SUN: Smart Utility Network) 등의 표준 규격 개발을 추진하고 있다.
향후 미래 기술 전망
조명은 우리 모두가 갖고 있는 국가 인프라이다. 조명 체계가 LED로 바뀌고 있다. LED 1530 프로젝트에 따라 LED 조명 인프라로 전환되는 시점에 있다. 가시광 무선통신은 LED 조명 인프라를 사용하는 것이 특징이다. LED 조명이 다양한 곳에 사용되므로, 다양한 응용 영역으로 확대할 수 있다. LED 조명은 자동차 후미등, 전조등, 등대등, 선박 조명, 신호등, 가로등, 실내등 등에 널리 사용되고 있다. LED 조명만 있으면, 조명뿐만 아니라 무선 통신도 가능하므로, 자동차간 통신, 자동차와 신호등간의 교통안전 정보 수신, 등대와 선박 간 통신, 초고속 센서 서비스를 제공할 수 있다.
가시광 무선통신은 인간 중심의 무선통신 서비스를 제공할 수 있다. 이러한 주변 환경의 변화에 부응하여 LED를 이용한 가시광 무선통신은 조명과 통신을 융합하는 중요한 기술로 정립될 것이다. 융합된 LED 가시광 무선통신 기술은 눈으로 확인하는 통신, 빛색에 따른 선별통신, 빛의 직진성질의 LOS(Line of Sight) 통신 보안을 보장해 주는 것이 특징이다. 조명 통신 융합에 의해 광ID, 광센서, 초정밀 실내 측위, M2M(Machine to Machine) 등의 신규 서비스를 개발할 수 있다.
가시광 무선통신은 녹색성장 저탄소를 실현하는 기술이다. 교토의정서, RoHS, WEEE 등의 규제의 수혜 기술로서 등장할 수 있다. 또한, 생활의 편리성을 제공하면서도 저탄소를 실현할 수 있다.
IEEE 802.15.7 VLC는 2009년 1월부터 본격적으로 표준이 개발되었다. 국제 표준 규격 개발 속도로 매우 빨라, 2009년 말 또는 2010년 초에는 규격 초안이 완성될 전망이다. TTA 가시광 무선통신 표준 규격은 2008년에 5건 제정하였다. 2009년에도 약 5건의 규격을 개발할 예정이다.
IEEE 802.15.7 가시광 무선통신은 ETRI, 삼성전자 등 한국이 주도하고 유럽의 지멘스, 옥스퍼드 대학, 일본의 VLCC, NEC, 미국의 인텔, 보잉 등이 참여하고 있다. 국제 표준 규격 개발은 오랜 시간이 요구되며 단기간에 실현하기 힘든 분야이다. 현재의 가시광 무선통신 TTA 표준이나 IEEE 802.15.7 국제 표준의 개척을 위하여 많은 노력을 해 왔으며, 앞으로도 꾸준한 희생이 필요하다.
LED 조명 통신 융합 기술인 가시광 무선통신은 이제 막 탄생한 기술이다. 이제 막 탄생한 만큼 앞으로 해결하여야 할 과제도 많이 있다. 주변 광 간섭에 의한 통신 장애, LED 표준 부재에 의한 수평적 융합의 어려움, LED 드라이버와 통신 드라이버의 목적 부적합, 조명 인프라에 결부한 사회적 개발 체계 부족 등의 문제점들을 하나하나 해결해 가야 한다. 이제 막 탄생한 가시광 무선통신 기술은 해결하여야 할 과제는 많지만, 성공 전망은 매우 높다. 특히, 융합에 의해 발생되는 저탄소 효과를 탄소배출권 또는 거래와 연계한다면, 융합기술은 더욱 발전할 수 있다.
가시광 무선통신을 이용한 새로운 융합 서비스를 개척하기 위해서는 단기간에 쉽고 편한 접근 방법보다는 보다 깊이 있고 참신한 접근 방법의 연구가 진행되어야 한다.
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